CN105954819A - 基于无人机倾角检测的风速测量装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机倾角检测的风速测量装置及操作方法，包括升降单元、测量单元，所述测量单元包括倾角检测单元、数据库、综合处理单元、数据存储单元、数据输出接口、外围设备，倾角检测单元设置在升降单元上，所述倾角检测单元、数据库、数据存储单元均分别与综合处理单元连接，外围设备通过数据输出接口与数据存储单元连接，操作方法为系统悬停、倾角检测、风速换算、数据存储、数据输出。本发明便于维护、性价比高、适用性强，可方便地应用地面、近地层以及边界层的风速测量，可减少观测数据的丢失和提高测量数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无人机倾角检测的风速测量装置及操作方法，属于气象探测技术领域。
背景技术
空气运动产生的气流，称为风。风速是指单位时间内空气移动的水平距离。根据研究对象的不同，往往需要测量地面、近地层或者边界层的风速。风速的测量方式可分为定点观测和移动观测两种：定点观测主要包括通过风杯风速计在地面气象观测站的10米风杆上进行地面风测量，通过在200m以上的铁塔上分层架设测风仪器进行近地层风速测量，以及通过气象探测高空站施放探空气球进行边界层风速测量；移动观测主要通过架设小型声雷达或施放系留气艇实现地面到高空的风速观测。
定点观测因受地面气象观测站站点布局制约的，其数据的代表性往往无法完全满足科研的实际需求；小型声雷达测风技术因其价格昂贵、维护复杂等因素制约了在市场中的推广；系留气艇施放时一般要求地面风速不得超过3m/s，从而导致在风速较大时的数据缺失，造成观测数据不连续。
随着技术的发展，无人机的性价比越来越高，人们开始关注其在测风领域的应用。宦海等人（公开号：CN204009453U）出用无人机搭载超声风速仪的方法；王春艳（公开号：CN103353623A）提出在无人机上安装皮托管分速度的方法。但由于无人机一般尺寸较小，在其飞行过程中，螺旋桨旋转对周围气流有很大的扰动，从而影响了对风速的准确测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于无人机倾角检测的风速测量装置及操作方法，该基于无人机倾角检测的风速测量装置便于维护、性价比高、适用性强，可方便地应用地面、近地层以及边界层的风速测量，可减少观测数据的丢失和提高测量数据的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明的一种基于无人机倾角检测的风速测量装置包括升降单元、测量单元，所述测量单元包括倾角检测单元、数据库、综合处理单元、数据存储单元、数据输出接口、外围设备，所述倾角检测单元设置在升降单元上，所述倾角检测单元、数据库、数据存储单元均分别与综合处理单元连接，所述外围设备通过数据输出接口与数据存储单元连接；
所述升降单元，能够在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
所述倾角检测单元，能够检测出上述处于自由悬浮状态的升降单元在风速作用下的水平倾角；
所述数据库，存储有若干水平倾角和风速，其中，水平倾角和风速一一对应；
所述综合处理单元，根据测量单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速，作为风速测量值输出；
所述数据存储单元，用于存储风速测量数据。
所述升降单元为四轴旋翼飞行器或六轴旋翼飞行器。
所述倾角检测单元采用三轴重力加速度传感器。
所述综合处理单元采用8位处理芯片的微处理器。
所述数据存储单元为Flash存储介质或SD卡存储介质。
所述数据输出接口为SD卡接口或USB接口或RS232接口。
所述外围设备为电源。
一种基于无人机倾角检测的风速测量装置操作方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，系统悬停：升空单元携带测量单元在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
步骤二，倾角检测：升空单元悬停后倾角检测单元检测升空单元悬停时稳定状态下的水平倾角；
步骤三，风速换算：综合处理单元根据倾角检测单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速；
步骤四，数据存储：将在数据库换算得到的风速数据存储在数据存储单元内；
步骤五，数据输出：将存储在数据存储单元内的风速数据通过数据输出接口输出给外围设备。
本发明采用上述结构及方法后，具有以下优点：
1、具有较好的便携性能，观测场地适用性广；
2、抗风级别高，可有效减少观测数据的缺失；
3、结构合理、便于维护、性价比高，具有较好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的系统模块示意图。
图2是本发明的操作流程示意图。
具体实施方式
图1、图2所示，一种基于无人机倾角检测的风速测量装置，包括升降单元、测量单元，所述测量单元包括倾角检测单元、数据库、综合处理单元、数据存储单元、数据输出接口、外围设备，所述倾角检测单元设置在升降单元上，所述倾角检测单元、数据库、数据存储单元均分别与综合处理单元连接，所述外围设备通过数据输出接口与数据存储单元连接；
所述升降单元，能够在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
所述倾角检测单元，能够检测出上述处于自由悬浮状态的升降单元在风速作用下的水平倾角；
所述数据库，存储有若干水平倾角和风速，其中，水平倾角和风速一一对应；
所述综合处理单元，根据测量单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速，作为风速测量值输出；
所述数据存储单元，用于存储风速测量数据。
所述升降单元为四轴旋翼飞行器或六轴旋翼飞行器。
所述倾角检测单元采用三轴重力加速度传感器。
所述综合处理单元采用8位处理芯片的微处理器。
所述数据存储单元为Flash存储介质或SD卡存储介质。
所述数据输出接口为SD卡接口或USB接口或RS232接口。
所述外围设备为电源。
一种基于无人机倾角检测的风速测量装置操作方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，系统悬停：升空单元携带测量单元在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
步骤二，倾角检测：升空单元悬停后倾角检测单元检测升空单元悬停时稳定状态下的水平倾角；
步骤三，风速换算：综合处理单元根据倾角检测单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速；
步骤四，数据存储：将在数据库换算得到的风速数据存储在数据存储单元内；
步骤五，数据输出：将存储在数据存储单元内的风速数据通过数据输出接口输出给外围设备。
所述数据库存放的转换数据通过在风洞中开展外场实验的方式获取。
本申请中没有详细说明的技术特征为现有技术。上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：包括升降单元、测量单元，所述测量单元包括倾角检测单元、数据库、综合处理单元、数据存储单元、数据输出接口、外围设备，所述倾角检测单元设置在升降单元上，所述倾角检测单元、数据库、数据存储单元均分别与综合处理单元连接，所述外围设备通过数据输出接口与数据存储单元连接；
所述升降单元，能够在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
所述倾角检测单元，能够检测出上述处于自由悬浮状态的升降单元在风速作用下的水平倾角；
所述数据库，存储有若干水平倾角和风速，其中，水平倾角和风速一一对应；
所述综合处理单元，根据测量单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速，作为风速测量值输出；
所述数据存储单元，用于存储风速测量数据。
2. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述升降单元为四轴旋翼飞行器或六轴旋翼飞行器。
3. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述倾角检测单元采用三轴重力加速度传感器。
4. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述综合处理单元采用8位处理芯片的微处理器。
5. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述数据存储单元为Flash存储介质或SD卡存储介质。
6. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述数据输出接口为SD卡接口或USB接口或RS232接口。
7. 按照权利要求1所述的基于无人机倾角检测的风速测量装置，其特征在于：所述外围设备为电源。
8. 一种基于无人机倾角检测的风速测量装置操作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一，系统悬停：升空单元携带测量单元在空间内任意位置处处于自由悬浮状态；
步骤二，倾角检测：升空单元悬停后倾角检测单元检测升空单元悬停时稳定状态下的水平倾角；
步骤三，风速换算：综合处理单元根据倾角检测单元反馈的水平倾角，在数据库中搜寻对应的风速；
步骤四，数据存储：将在数据库换算得到的风速数据存储在数据存储单元内；
步骤五，数据输出：将存储在数据存储单元内的风速数据通过数据输出接口输出给外围设备。
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